Siklus Carnot dan Nilai nya dalam mekanik

Siklus Carnot terdiri dari empat, di mana proses sepenuhnya adalah reversibel: isotermal. Selain panas ekspansi, isentropik, penolakan panas isotermal dan isentropik kompresi. Diagram P-v dan T-s  dari siklus Carnot adalah replotted pada Gambar. 9-6. Siklus Carnot dapat dilakukan dalam sistem tertutup (perangkat piston-silinder) atau sistem stabil-aliran (menggunakan dua turbin dan dua kompresor, seperti ditunjukkan pada Gambar. 9-7), dan baik gas atau uap dapat dimanfaatkan sebagai fluida kerja.

                                              Gbr. Diagram T-s dan P-v dari sebuah siklus carnot

                                                                       Gbr. Mesin Carnot

Siklus Carnot adalah siklus yang paling efisien yang dapat dieksekusi antara sumber panas pada suhu TH dan wastafel di temperatur TL, dan efisiensi termal dinyatakan sebagai :

 

Pada Kenyataannya Perpindahan panas isotermal reversible sangat sulit dicapai karena akan memerlukan penukaran panas yang sangat besar dan dibutuhkan waktu yang sangat lama (kekuatan siklus  di mesin tersebut selesai dalam sepersekian detik). Oleh karena itu, tidak praktis untuk membangun sebuah mesin yang akan beroperasi pada siklus yang  mendekati siklus Carnot.

Nilai sesungguhnya dari siklus Carnot berasal dari yang standar, dikompensasi dengan siklus aktual atau yang ideal dan dapat dibandingkan. Eefisiensi Termal siklus Carnot adalah fungsi dari wastafel dan suhu sumber saja, dan hubungan termal efisiensi untuk siklus Carnot (Persamaan 9-2) hal penting yang perlu di perhatikan berlaku untuk siklus ideal dan siklus aktual : meningkatkan efisiensi termal dengan peningkatan pada suhu rata-rata dimana panas dimasukan ke sistem atau dengan penurunan suhu rata-rata di mana panas yang ditolak dari sistem.

Sumber temperature yang dapat digunakan dalam praktek tidak tanpa batas namun, Suhu tertinggi dalam siklus dibatasi oleh suhu maksimum pada komponen mesin, seperti piston atau pisau turbin. Suhu terendah adalah batas suhu pendingin yang digunakan dalam siklus tersebut sebagai danau, sungai, atau atmosfer udara.


Tunjukkan bahwa efisiensi termal yang beroperasi siklus Carnot antara suhu batas TH dan TL adalah fungsi dari kedua temperatur dan diberikan oleh Persamaan. 9-2 

Solusi                    : Perlu menunjukkan bahwa efisiensi siklus Carnot tergantung pada suhu sumber dan tenggelam saja.


Analisis                : Diagram Ts dari siklus Carnot digambar ulang pada Gambar. 9-8. Keempat  proses yang terdiri dari siklus Carnot adalah reversibel, dan dengan demikian daerah tersebut di bawah setiap kurva proses merupakan perpindahan panas untuk proses tersebut. Panas ditransfer ke sistem selama proses 1-2 dan ditolak selama proses 3-4. Oleh karena itu, jumlah heat input dan output panas untuk siklus dapat dinyatakan sebagai  :

sejak proses 2-3 dan 4-1 adalah isentropik, dan dengan demikian s2? s3 dan s4? s1. mengganti ini ke dalam Pers. 9-1, kita melihat bahwa efisiensi termal dari Siklus Carnot adalah

sejak proses 2-3 dan 4-1 adalah isentropik, dan dengan demikian s2? s3 dan s4? s1. mengganti ini ke dalam Pers. 9-1, kita melihat bahwa efisiensi termal dari Siklus Carnot adalah